 |
Comparison of soil redistribution due to water erosion under conventional and conservation tillage using rare earth oxide tracers
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
112729 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Sipos Péterné Tóth, Adrienn |
| Title in Hungarian |
Erózió hatására történő talajátrendeződés vizsgálata ritkaföldfém-oxid nyomjelzőkkel hagyományos és kímélő talajművelés esetén |
| Title in English |
Comparison of soil redistribution due to water erosion under conventional and conservation tillage using rare earth oxide tracers |
| Keywords in Hungarian |
talalerózió, nyomjelzők, kímélő talajművelés |
| Keywords in English |
soil erosion, tracers, conservation tillage |
| Discipline |
| Physical geography (Council of Complex Environmental Sciences) | 100 % | | Ortelius classification: Geography |
|
| Panel |
Earth sciences 2 |
| Department or equivalent |
Geographical Institute (Research Centre for Astronomy and Earth Sciences) |
| Starting date |
2015-02-01 |
| Closing date |
2020-01-31 |
| Funding (in million HUF) |
8.930 |
| FTE (full time equivalent) |
3.20 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A talajeróziós kutatások terén mutatkozó hiányosságok pótlására való törekvés ösztönözte a nyomjelzők alkalmazási lehetőségeinek kidolgozását. A legtöbb nyomjelző alkalmazása különböző részterületeken ugyan hasznos eredményekkel szolgál, valamennyinek vannak azonban korlátaik, bizonyos hiányosságokkal, sok esetben gyakorlati alkalmazási nehézségekkel is terheltek.
Az általam alkalmazni kívánt ritkaföldfémek (RFF) megfelelnek a nyomjelzőkkel szemben támasztott követelményeknek: erősen kötődnek a talajrészecskékhez, nem mobilisak, alacsony a természetes háttérértékük a talajban, nem károsak a környezetre, és viszonylag egyszerűen, alacsony költséggel és nagy pontossággal kimutathatóak a talajból. További óriási előnyük, hogy 16 különböző, de hasonló kémiai tulajdonságokkal rendelkező, ám egymástól analitikailag könnyen elkülöníthető elemről van szó, biztosítva a lehetőséget a vizsgált terület különböző részeiről származó hordalék elkülönítésére, valamint a területen belüli átrendeződés nyomon követésére, feltérképezésére, a különböző ritkaföldfémmel jelölt részterületek megfelelő megválasztásával.
Jelen kutatás keretében az első félévi előkészítő munkálatokat és laboratóriumi kísérletet követően két éves terepi kísérlet következik. Ennek során a tíz éve működő, hagyományos és kímélő szántóföldi talajművelést összehasonlító kísérleti parcellákon hat különböző RFF-oxid használatával lehetőség nyílik a területet elhagyó hordalék származási helyének meghatározására. A két éves vizsgálatsorozat lehetőséget ad továbbá az egyes csapadékesemények és a szántási műveletek hatására lepusztuló talaj lejtőn belüli átrendeződésének nyomon követésére.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Jelen munka a talajeróziós kutatások terén mutatkozó hiányosságok pótlását célzó, nyomjelzők alkalmazására épülő terepi vizsgálatokkal kíván újszerű eredményekkel hozzájárulni az ismeretlen részfolyamatok feltárásához. Számos tanulmány foglalkozik a vizsgált területet elhagyó talaj, tápanyagok és esetleges kemikáliák mennyiségének vizsgálatával. Kevés tudomásunk van azonban a lehordott anyag vizsgált területen belüli származási helyéről és a területen belüli átrendeződés folyamatáról. Az eróziós kísérletek során alkalmazott nyomjelzők használata alkalmat nyújt e hiányok pótlására. A ritkaföldfém-oxidok rendkívüli alkalmassága erre a célra bebizonyosodott a már külföldön végzett néhány előzetes laboratóriumi és terepi kísérlet során. Terepi vizsgálatok a mintaterületen belüli átrendeződés nyomon követésére azonban még nem zajlottak. A tervezett kísérletek során lehetőség nyílna két éven keresztül vizsgálni, feltérképezni a lepusztuló talaj útját, feltárva az esetleges áthalmozódás, lejtőn belüli lerakódás és a hordalék származási helyeit is.
A kísérlet során hagyományos és kímélő talajművelés alkalmazása mellett nyílik lehetőség ezen folyamatok összehasonlítására.
A kutatás célja az alábbi kérdések megválaszolása:
-Egyes csapadékesemények hatására hogyan rendeződik át a felszíni talajréteg a vizsgált területen belül?
-A kétféle szemléletű talajművelési munkálatok hogyan befolyásolják az átrendeződést?
-Hogyan alakul az átrendeződés két éves időszak alatt?
-A területet elhagyó hordalék milyen arányban származik a parcella különböző területeiről?
-Milyen különbségek adódnak a hordalék átrendeződésében két év alatt a két művelési mód esetében?
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A pályázatban bemutatott munka a talajeróziós kutatások terén, azon belül a lepusztult hordalék származási helyének feltérképezésében, illetve a vizsgált területen belüli átrendeződés nyomon követésében kíván nemzetközi szinten is új eredményeket felmutatni. Az általam is alkalmazni tervezett ritkaföldfém-oxid nyomjelzők használatának alkalmassága a fent említett, kevéssé feltárt részfolyamatok alapos megismerésére már bebizonyosodott. Terepi körülmények között azonban még nem végeztek az adott területen belüli talajátrendeződés nyomon követésére irányuló vizsgálatokat. A kutatás során lehetőség nyílna a területet elhagyó hordalék származási helyének azonosításán túl a lejtőn belül zajló folyamatok megismerésére is, csapadékeseményenként, talajművelési folyamatonként, illetve két év folyamatában. Az ebből származó adatok lehetőséget nyújtanának újfajta eróziós modellek fejlesztésére is, melyek nem csak a lepusztulás mennyiségére vonatkozó adatokat használnak, hanem térbeli adatokkal bővítve az eddigieknél jóval árnyaltabb képet nyújthatnak a talajeróziós folyamatokról. Ennek óriási jelentősége volna, hiszen a modellek segítségével valósítható meg a világszerte rendkívüli súlyos, a mezőgazdálkodás jövőjét veszélyeztető fokú talajerózió várható mértékének, alakulásának becslése. A folyamatok minél pontosabb megismerése szintén elengedhetetlen a káros folyamatok megelőzését célzó, fenntartható módon működő talajművelési rendszerek kialakításához. Ezek egyre hatékonyabb működése és a megfelelően működő mezőgazdálkodási módok elterjedése az egyetlen lehetőség arra, hogy megállítsuk a termőföldek használhatatlanná válását. Ennek szellemében a tervezett kutatás során két eltérő szemléletű talajművelési gyakorlat, a hagyományos, illetve a kímélő talajművelés összehasonlítására is sor kerül. Ezáltal új adatokkal egészül ki az egy évtizede sikeresen zajló kutatás, mely kimutatta a kímélő talajművelés tájdegradáció szempontjából kedvezőbb voltát a hagyományos műveléssel szemben. Az új eredmények a kímélő művelés részleteinek további fejlesztésére, tökéletesítésére is lehetőséget nyújthatnak.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A talajerózió, vagyis a talaj termőrétegének lepusztulása ősidők óta, természetes körülmények között is zajló folyamat. Ilyen esetben azonban a pusztulás mértéke általában nem haladja meg az azt pótló talajképződés ütemét. Emberi beavatkozás hatására azonban ez a folyamat fölgyorsulhat, olyan mértéket öltve, ami a terület teljes terméketlenné válásához vezethet. Hatásai ráadásul nem csak közvetlenül a lepusztulás helyén, hanem gyakran egészen távol is jelentkezhetnek a talaj és az azzal együtt mozgó (szennyező)anyagok felszíni és felszín alatti vizekbe kerülésével. Ez a folyamat a mezőgazdálkodás, az élelmiszertermelés jövőjét veszélyezteti, létfontosságú tehát a folyamatnak, valamint kiváltó és befolyásoló tényezőinek mind részletesebb megismerése a megfelelő, fenntartható mezőgazdálkodási gyakorlat kialakításához.
Munkám eredményei hozzájárulnának az eróziós kutatások hiányosságainak pótlásához, ezáltal a káros hatások megelőzésére irányuló talajművelési gyakorlat kialakításához. A környezetre ártalmatlan ritkaföldfém-oxidok talajeróziós nyomjelzőként való használatával megállapítható, hogy a vizsgált területet elhagyó hordalék mekkora részben származik a területnek egyes, különböző ritkaföldfémekkel jelölt részeiről, valamint arról, hogy a vizsgált területen belül miként rendeződik át a hordalék: honnan hová, milyen mennyiségű talaj halmozódik át. A kísérlet során e folyamatokat a hagyományos és a kímélő talajművelés összehasonlításában vizsgálnám, az eredmények így közvetlenül is hozzájárulhatnak a fenntartható művelési mód tökéletesítéséhez.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Elaboration of potentials in use of sediment tracers in soil erosion experiments have been inspired by the demand on filling gaps on available data deriving from soil erosion studies. Application of different sediment tracers provide useful results in several subfields, all of them have, however, their limits, often augmented by very complicated applicability.
Rare earth elements (REE) I plan to use in this research meet the requirements for a good sediment tracer as characterised by strong binding to soil particles, low mobility, low background concentration in soils, environmental benignity, high analytical sensitivity and are relatively easy and inexpensive to detect from soils. Their further advantage is that the group of REEs consist of 16 elements, which have similar chemical properties, but are clearly distinguishable analytically, which enables multiple tracking of sediment deriving from different parts of the studied area, as well as mapping redistribution processes by appropriate designing of subareas marked by different REEs.
During the present study, preparatory works and laboratory experiment of the first half year will be followed by two years of field experiment. This latter includes the determination of sources of sediment leaving the area by applying six different REE-oxides on the experimental plots comparing conventional and conservation agricultural practices on arable for already ten years. Furthermore, redistribution of eroded sediment within the studied slope due to individual rainfall events and tillage applications, as well as result of two years processes could be tracked.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Present research intends to contribute to filling gaps in the field of soil erosion studies by applying sediment tracers under field conditions, providing novel results to promote better understanding of less known subprocesses. Several studies deal with monitoring the quantity of soil, nutrients and eventual chemicals leaving the study area. Little is known, however, about the origin of the sediment and the redistribution processes within the area. Using sediment tracers in erosion experiments provides opportunity to fill these gaps. In the course of the few previous laboratory and field studies abroad, rare earth oxides proved to be particularly suitable for this purpose, but no field experiments on tracking sediment redistribution within the study area have been carried out until now. Owing to the planned experiments two years long monitoring and mapping of the routes of sediment would became possible, also revealing the sources of the sediment and of eventual deposition within the studied slope.
Effects of conventional and conservation tillage practices on the abovementioned processes would be also compared.
The project aims to answer the following questions:
-How does the sediment redistribute along the studied slope in consequence of individual rainfall events?
-How do different tilling operations (conventional vs. conservation) influence soil redistribution?
-How does redistribution develops during a two-year period?
-What differences can be detected in sediment redistribution in a two-year period under the two different cultivation practices?
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
This work aims to provide novel results at international level in the field of soil erosion research, more specifically in mapping source areas of eroded sediment and in tracking its redistribution within the studied slopes. Rare earth element oxides are intended to use in the experiment as sediment tracers, which are already proved to be suitable to discover these poorly known sub-processes. Until now, no field experiments aiming at tracking sediment redistribution within the given study area have been carried out. The results of the proposed research will provide an opportunity to identify the source region of eroded sediments within the study slope. Furthermore, the processes taking place within the slope due to individual rainfall events and tillage applications will be described through a two years long monitoring. The obtained results may help in developing novel erosion prediction models using not only quantitative erosion data but spatially distributed data for better understanding soil erosion dynamics. Such prediction models may contribute to the estimation of rate and variation of soil erosion endangering future agricultural activities worldwide. The better understanding of these processes is also of primary importance for the development of sustainable agricultural systems aiming to prevent harmful processes. The only way to keep agricultural lands out of becoming unsuitable is the effective operation and distribution of the appropriate systems. To support this goal, two agricultural systems, conventional and conservation tillage methods will be compared in this study. Thus novel data will be provided to the ten years long research, which showed the preference of conservation agriculture over conventional one with respect to land degradation processes. New results enable further development and perfection of details of conservation agricultural system.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Soil erosion, when soil is removed by the action of water or wind has been occurring naturally for geological times. In general, this background erosion removes soil at roughly the same rate as soil is formed. But 'accelerated' soil erosion due to human activities may turn affected areas unfertile completely. As soil and eventual associated chemicals may reach surface and groundwater, soil erosion can have serious off-site effects as well. This process endangers the future of agriculture and food production, thus detailed knowledge of the causal and influential factors of the process is essential for designing appropriate and sustainable agricultural practice.
This work will contribute to filling the gaps in erosion research, thus to the development of farming systems which could help to avoid the harmful effects mentioned above. Using the environmentally benign rare earth element oxides as sediment tracers we are able to tell what ratio of the eroded sediment leaving the study site originates from the segment marked by the given tracer. Additionally, sediment redistribution within the study area will be also traceable, e.g. the direction and extent of sediment movement on the surface could be followed. In the course of the planned research these processes will be examined comparing conventional and conservation tillage practices, so that the experimental results will contribute to improvement of sustainable agricultural practices.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
